近距離煤層回撤通道支護技術研究

王 輝，侯 淵

（晉神沙坪煤業有限公司，山西 忻州 036500）

1 概 況

沙坪煤業是晉神能源公司主力礦井，現開采8號下煤層，與上部8號上煤層為近距離煤層。現正掘進1815工作面順槽，預計10月開始掘進1815主回撤通道和輔回撤通道，工作面埋深約160～250 m，1815工作面8號上、下煤層層間距0.6～4.4 m，平均2.8 m。現沙坪煤業計劃將主輔回撤通道布置在上覆8號上煤層遺留煤柱下方，預計應力狀態較高，巷幫成型較差。需要對沙坪煤業1815主輔回撤通道掘進時合理布置位置、應力狀態和通道支護設計進行專門分析，對回采期間人工改變礦壓顯現、巷內加強支護和回采側幫注漿加固等開展研究。

2 工作面情況

沙坪煤業1815工作面主、輔回撤通道，設計走向長度239.7 m，地面標高1 055—1 095 m，底板標高890—910 m，最大埋深約為180 m。

1815工作面開采8號下煤層，上覆8號上煤層對應18205和18207采空區，考慮到地面影響和多回收煤炭資源，主輔回撤通道計劃布置在18207采空區和18206采空區之間的煤柱下方（圖1中縱向虛線所示），煤柱最寬處88 m，最窄處68 m，主輔回撤通道間凈煤柱20 m，具體位置如圖1所示。

3 工況模擬

1815主輔回撤通道未掘進前，18207和18206采空區間煤柱（該煤柱中仍有2條巷道）下方8號下煤層垂直應力分布云圖和垂直應力隨距區間煤柱邊緣不同水平距離的變化曲線圖分別如圖2和圖3所示。

圖3 8號下煤層垂直應力隨距區間煤柱邊緣不同水平距離的變化曲線Fig.3 Variation curve of vertical stress of coal seam under No.8 with different horizontal distances from coal pillar edge of interval

從圖中可知，8號下煤層垂直應力值隨距區間煤柱邊緣水平距離的增加呈現出兩邊高中間低的形狀，其中，煤柱寬度為88 m下方煤體垂直應力最大值為8.6 MPa，煤柱寬度為68 m下方煤體垂直應力最大值為7 MPa。2種煤柱條件下，18207側垂直應力均大于18206側，18207側垂直應力最大值出現在距煤柱邊緣5 m左右位置，18206側垂直應力最大值出現在距煤柱邊緣5～10 m位置。

4 回撤通道巷道支護設計

根據試驗點生產和地質環境調查、評估結果，采用綜采工程類比與系數模擬方法確定巷道支護的具體參數。

4.1 已有工程類比

沙坪煤業8號煤層已回采多個工作面，回撤通道多布置在采空區下、煤柱邊緣和距離煤柱較遠處，均順利回采結束，未出現較大變形。但1815區域膠輔運順槽應力較為集中，出現片幫現象，預計1815主輔回撤通道掘進時同樣兩幫成型欠佳，整體支護需要加強。

4.2 數值模擬

1815主輔回撤通道均為矩形斷面，均沿8號下組煤底板掘進，主回撤通道掘進寬度5.0 m，高度3.7 m；輔回撤通道掘進寬度5.0 m，高度3.5 m。根據巷道地質生產環境，選擇有限差分數值計算程序FLAC3D，實施多元化錨桿錨索支護方案對比，獲取最為合理的支護初始設計。如圖4～圖6所示。

圖4 應力分布云圖Fig.4 Stress distribution nephogram

圖6 塑性區分布Fig.6 Distribution of plastic zone

圖5 位移分布云圖Fig.5 Nephogram of displacement distribution

1815主輔回撤通道周圍圍巖垂直應力極值6 MPa，水平應力極值4 MPa；1815主輔回撤通道頂板下沉量極值12 mm，底板鼓起系數極值27 mm，兩幫移近量22 mm；1815主輔回撤通道兩幫塑性區間為2.5 m，底板破壞深度1.5 m。

4.3 1815主回撤通道支護設計

4.3.1 頂板支護

錨桿桿體為直徑22 mm螺紋鋼錨桿，屈服強度不低于335 MPa，長度2 400 mm，桿尾螺紋為M24。樹脂加長錨固，鉆頭直徑30 mm，采用1支規格為CK2340樹脂錨固劑和1支規格為Z2360樹脂錨固劑。

采用高強錨桿螺母M24，托板采用方形帶拱托板，托板尺寸為150 mm×150 mm×10 mm，托板高度不低于36 mm，鋼號不低于Q235。配套調心球墊和減摩墊圈。采用8號鐵絲編制的菱形金屬網護頂，網孔規格50 mm×50 mm，網片規格5 200 mm×1 200 mm。采用W鋼帶護頂，鋼帶寬280 mm，厚4 mm，長度4 800 mm，孔間距900 mm。

錨索“三一三一”布置，每排3根或1根，間距2 000 mm，靠近回采幫側頂錨索距幫500 mm，排距1 000 mm。全部垂直巷道頂板打設，錨索張拉鎖定預緊力不低于250 kN。

4.3.2 非工作面側幫（副幫）

錨桿桿體為直徑22 mm螺紋鋼錨桿，屈服強度不低于335 MPa，長度2 400 mm，桿尾螺紋為M24。樹脂加長錨固，鉆頭直徑30 mm，采用1支規格為Z2360樹脂錨固劑。

采用高強錨桿螺母M24，托板采用方形帶拱托板，托板尺寸為150 mm×150 mm×10 mm，托板高度不低于36 mm，鋼號不低于Q235。配套調心球墊和減摩墊圈。

采用8號鐵絲編制的菱形金屬網護幫，網孔規格50 mm×50 mm，網片規格3 600 mm×1 200 mm。采用W鋼護板護幫，護板厚度4 mm，寬280 mm，長度450 mm。

錨索“一一”布置，每排1根，距底板2 000 mm，排距2 000 mm。全部垂直巷幫打設，錨索張拉鎖定預緊力不低于180 kN。

4.3.3 工作面側幫（主幫）

（1）主幫完整時。錨桿桿體為直徑20 mm玻璃鋼錨桿，長度2 200 mm。采用配套玻璃鋼錨桿托板。外加硬質木托板，規格200 mm×50 mm×300 mm。樹脂加長錨固，鉆頭直徑30 mm，采用1支規格為Z2360樹脂錨固劑。采用夾筋塑料網護幫，網孔規格50 mm×50 mm，網片規格3 500 mm×1 200 mm。錨桿排距1 000 mm，每排每幫4根錨桿，間距1 000 mm。錨桿預緊扭矩40 N·m。錨桿全部垂直巷幫安裝，考慮到施工需要，允許5°誤差。

（2）主幫幫部破碎時。錨桿桿體為直徑22 mm螺紋鋼錨桿，屈服強度不低于335 MPa，長度2 200 mm，桿尾螺紋為M24。樹脂加長錨固，鉆頭直徑30 mm，采用1支規格為Z2360樹脂錨固劑。采用高強錨桿螺母M24，托板采用方形帶拱托板，托板尺寸為150 mm×150 mm×10 mm，托板高度不低于36 mm，鋼號不低于Q235。配套調心球墊和減摩墊圈。采用8號鐵絲編制的菱形金屬網護幫，網孔規格50 mm×50 mm，網片規格3 500 mm×1 200 mm。

4.4 1815輔回撤通道支護設計

4.4.1 頂板支護

錨桿桿體為直徑22 mm螺紋鋼錨桿，屈服強度不低于335 MPa，長度2 400 mm，桿尾螺紋為M24。樹脂加長錨固，鉆頭直徑30 mm，采用1支規格為CK2340樹脂錨固劑和1支規格為Z2360樹脂錨固劑。采用高強錨桿螺母M24，托板采用方形帶拱托板，托板尺寸為150 mm×150 mm×10 mm，托板高度不低于36 mm，鋼號不低于Q235。配套調心球墊和減摩墊圈。采用8號鐵絲編制的菱形金屬網護頂，網孔規格50 mm×50 mm，網片規格5 200 mm×1 200 mm。采用W鋼帶護頂，鋼帶寬280 mm，厚度4 mm，長度4 800 mm，孔間距900 mm。

錨桿排距1 000 mm，每排6根錨桿，間距900 mm。錨桿預緊扭矩不低于300 N·m，但不能超過450 N·m。錨桿全部垂直頂板安裝，考慮到施工需要，允許5°誤差。

錨索材料為21.6 mm、17股預應力鋼絞線，最大力總延伸率不低于3.5%。長度8 300 mm，鉆頭直徑30 mm，采用3支樹脂錨固劑，2支規格為Z2360，1支規格為CK2340。錨索采用300 mm×300 mm×14 mm方形帶拱錨索托板，配套調心球墊，托板拱高不低于60 mm。

錨索“二二”布置，每排2根，間距2 000 mm，排距2 000 mm。全部垂直巷道頂板打設，錨索張拉鎖定預緊力不低于250 kN。

4.4.2 兩幫支護

錨桿桿體為直徑22 mm螺紋鋼錨桿，屈服強度不低于335 MPa，長度2 400mm，桿尾螺紋為M24。樹脂加長錨固，鉆頭直徑30 mm，采用1支規格為Z2360樹脂錨固劑。采用高強錨桿螺母M24，托板采用方形帶拱托板，托板尺寸為150 mm×150 mm×10 mm，托板高度不低于36 mm，鋼號不低于Q235。配套調心球墊和減摩墊圈。采用8號鐵絲編制的菱形金屬網護幫，網孔規格50 mm×50 mm，網片規格3 300 mm×1 200 mm。

錨桿排距1 000 mm，每排每幫4根錨桿，間距900 mm。錨桿預緊扭矩不低于300 N·m，但不能超過450 N·m。錨桿全部垂直巷幫安裝，考慮到施工需要，允許5°誤差。

4.4.3 幫部破碎時加強支護

采用錨桿組合W鋼護板護幫。W鋼護板厚度4 mm，寬280 mm，長度450 mm。

錨索材料為17.8 mm、17股預應力鋼絞線，最大力總延伸率不低于3.5%。長度4 300 mm，鉆頭直徑30 mm，采用2支樹脂錨固劑，規格為Z2360。錨索托板采用300 mm×300 mm×12 mm方形帶拱錨索托板，配套調心球墊，托板拱高不低于58 mm。錨索“一一”布置，每排每幫1根，距底板2 000 mm，排距2 000 mm。全部垂直巷幫打設，錨索張拉鎖定預緊力不低于180 kN。

1815輔回撤通道錨桿及托板如圖7所示。

圖7 1 81 5輔回撤通道錨桿及托板Fig.7 Anchor and supporting plate of 1815 auxiliary withdrawal channel

5 結 語

錨網索支護技術在工作面收尾回撤通道中的應用，可以全面確保回撤通道頂板支護的安全性，減少回撤通道維護投入，節約支護成本，空間利用率顯著增加。對一些淺埋深礦山壓力大、地質構造復雜環境下收尾的綜采面，錨網索主動支護作用顯著，控制圍巖變形效果較好，利于作業面液壓支架的快速回撤，具有良好的經濟、社會效益。